Java類加載那些事

Java源文件（.java文件）被編譯器編譯后變為字節碼形式的類文件（.class文件），Java類加載的過程就是JVM加載.class的二進制文件并且放到內存中，將數據放到方法區，并且在堆區構造一個java.lang.class對象，并且完成類的初始化的過程。

//下述片段引用自?Java的類加載機制是什么？

Java的類加載機制主要分為三個過程：加載、連接和初始化。

1.加載機制

Java的類加載機制主要分為三個過程：加載、連接和初始化。這三個過程的順序是固定的，但是每個過程中的細節卻是不同的。下面我們來詳細介紹一下這三個過程。

1.1 加載

Java的類加載器會根據類的全限定名來加載類，當需要使用某個類時，如果該類還未被加載進內存，則需要執行一下步驟進行加載：

1.1.1. 通過類的全限定名找到對應的class文件，這里的class文件可以是.java文件經過編譯之后生成的.class文件，也可以是通過其他方式生成的.class文件。

1.1.2 將class文件中的二進制數據讀取到內存中，并將其轉換為方法區的運行時數據結構。

1.1.3 創建由該類所屬的java.lang.Class對象。該對象可以理解為，是對類的各種數據（如名稱、訪問修飾符、方法、成員變量等）的封裝。

在加載類時，類加載器除了加載某個具體的類外，還需要將這個類所依賴的類也加入到內存中。這種依賴性是多層級的，也就是說，被依賴的類又可能會去依賴其他類，所以在加載一個類時，通常需要將其類圖中所有的類都加載進來。

1.2 連接

Java虛擬機在加載類之后，需要對類進行連接，連接分為三個步驟：驗證、準備和解析。

1.2.1. 驗證：在這個步驟中，Java虛擬機主要確保所加載的類的正確性。驗證過程主要包括文件格式驗證、元數據驗證、字節碼驗證和符號引用驗證等。其目的在于確保目標.class文件的字節流中包含的信息符合當前虛擬機的要求，并且不會危害虛擬機運行時環境安全。

1.2.2. 準備：在準備階段，Java虛擬機為類的靜態變量分配內存，并設置變量的初始值。這里需要注意的是，在這個階段中分配的內存并不包含那些用戶自定義的初始化值，這些值在初始化階段中進行設置。

1.2.3. 解析：Java在這個階段中將常量池中的符號引用轉為直接引用。通過符號引用，虛擬機得知該類訪問其他的類或者類中的字段、方法等，但在類初始化時，需要緩存這些直接引用，以便于直接調用。

1.3 初始化

在類的準備階段，Java虛擬機已經為靜態變量分配了內存并設置了初值，但是這些靜態變量”賦初值“的動作并沒有完成。初始化階段，會為靜態變量設置用戶自定義的初始化值，并執行類構造器<clinit>()方法，以執行初始化操作。

此時，類的準備和初始化階段已經執行結束，Java的類加載機制總的過程也就結束了

//引用結束

注意，靜態代碼的初始化分為兩步，連接的準備階段包含初始化，最后又有一個初始化步驟，兩者并不重疊，前者是給靜態成員變量分配內存并且設置類型的初始值，后者是給靜態成員變量設置用戶指定的初始值。這段話有點拗口，代碼來說明更清晰。

?1、父類 parent.java文件

public class Parent {static {System.out.println("Parent static block 1.");parentStaticIntVar = 3;}static Integer parentStaticIntVar = 2;static {System.out.println("Parent static block 2.");System.out.println("parentStaticIntVar=" + parentStaticIntVar);parentStaticIntVar = 4;}{System.out.println("Parent not static block 1.");parentIntVar = 30;}Integer parentIntVar = 20;public Parent(){	System.out.println("Parent construct  method .");System.out.println("parentIntVar=" + parentIntVar);}public void f(){System.out.println("parent f().");}{System.out.println("Parent not static block 2.");parentIntVar = 40;}}

2、子類 Sub.java文件

public class Sub extends Parent {static {System.out.println("Sub static block 1.");subStaticIntVar = 3;}static Integer subStaticIntVar = 2;static {System.out.println("Sub static block 2.");System.out.println("subStaticIntVar=" + subStaticIntVar);subStaticIntVar = 4;}{System.out.println("Sub not static block 1.");subIntVar = 30;}Integer subIntVar = 20;public Sub(){	System.out.println("Sub construct  method .");System.out.println("subIntVar=" + subIntVar);}public void f(){System.out.println("Sub f().");}{System.out.println("Sub not static block 2.");subIntVar = 40;}}

3、TestMain.java文件

public class TestMain {public static void main(String[] args) {System.out.println("-----class-----");System.out.println(">>>subStaticIntVar=" + Sub.subStaticIntVar);System.out.println(">>>parentStaticIntVar=" + Sub.parentStaticIntVar);System.out.println("-----instance-----");Sub s = new Sub();s.f();}}

4、輸出結果

-----class-----
Parent static block 1.
Parent static block 2.
parentStaticIntVar=2
Sub static block 1.
Sub static block 2.
subStaticIntVar=2
>>>subStaticIntVar=4
>>>parentStaticIntVar=4
-----instance-----
Parent not static block 1.
Parent not static block 2.
Parent construct  method .
parentIntVar=40
Sub not static block 1.
Sub not static block 2.
Sub construct  method .
subIntVar=40
Sub f().

解讀一下后可以知道靜態代碼塊和靜態變量遵循如下規則：

1、靜態代碼塊先于構造方法執行；

2、靜態代碼塊可以給靜態成員變量賦值；

3、靜態代碼塊之間按照先后順序執行；

4、父類的靜態代碼塊先于子類的靜態代碼塊執行；

5、靜態代碼塊先于非靜態代碼塊執行；

6、靜態代碼塊在第一次使用這個類的時候執行，并且只執行一次；

7、靜態變量的顯式賦值和靜態代碼塊的按照先后順序執行；

實際上每個Java源文件由編輯器編譯后，會自動給類加載器追加一個類初始化方法：<clinit>()，一個類只有一個，包含靜態變量的顯式賦值代碼和靜態代碼塊的代碼，在源文件中看起來是一個一個獨立的代碼塊，實際上編譯后都放到一個這個類初始化方法中去了。

非靜態的代碼塊和變量的規則和上述類似。

類加載的方法>>>

1、Class.forName("")

Class<?> c = Class.forName("com.example.zhangzk.reflect.TestServiceImpl");

加載類，并且完成初始化。

2、ClassLoader.loadClass("")

Class<?> c = Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass("com.example.zhangzk.reflect.TestServiceImpl");

加載類，不初始化。

加載器有哪些>>>

啟動類加載器，C++編寫的，進入Java世界的大門，負責加載存放在$JAVA_HOME\jre\lib下，或被-Xbootclasspath參數指定的路徑中的，并且能被虛擬機識別的類庫（如rt.jar，所有的java.*開頭的類均被Bootstrap ClassLoader加載）。

擴展類加載器，Java編寫的，父加載器為啟動類加載器，該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現，它負責加載$JAVA_HOME\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.*開頭的類）。

應用程序類加載器，Java編寫的，父加載器為擴展類加載器，該類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實現，它負責加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發者可以直接使用該類加載器，如果應用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認的類加載器。

自定義類加載器，Java編寫的，父加載器為應用程序類加載器，典型代表是Tomcat，為了在一個TOMCAT進程下部署多個JAVA應用程序必須要自定義類加載器，進行應用隔離。

雙親委派模型>>>

每個類加載器需要加載類的時候，先請求父類加載器來加載，一直到啟動類加載器，啟動類加載器是沒有父類加載器的，父類加載器找不到給類才由自己來加載。

要想搞清楚Spring Boot的啟動流程，必須要要知道上述區別，只有充分利用好上述差異才能精準的控制加載和初始化的過程，Spring中這些都用的出神入化了。